Учёные из Университетского колледжа Лондона и Кембриджского университета открыли новую форму аморфного льда – MDA, структура которого наиболее близка к жидкой воде. Исследователи считают, что его дальнейшее изучение может в корне перевернуть наше понимание земной воды и её аномалий.

MDA – это аморфный лёд, внутри которого молекулы воды пребывают в дезорганизованном порядке, а не в стройной кристаллической решётке, как это происходит в привычном нам льду. Аморфный лёд практически не встречается на Земле, однако он очень распространён в космосе, в вечном холоде которого молекулам воды не хватает тепловой энергии для формирования кристаллов. Для создания MDA учёные при помощи барабанно-шаровой мельницы измельчили обычный кристаллический лёд, попутно охлаждая его до температуры 200°C ниже нуля.

В промышленности и науке при помощи подобных мельниц твёрдые материалы измельчают до состояния порошка, перемалывая их стальными шарами внутри полого вращающегося барабана. Однако в результате экстремального охлаждения сосуда учёные получили не разбитый на мельчайшие крупицы обычный лёд, но нечто совершенно невиданное – новую форму аморфного льда. Ключевая особенность этого льда заключается в том, что его плотность равна плотности жидкой воды (~1 г/см³), однако при этом он сохраняет характеристики воды в твёрдом агрегатном состоянии. Материал, который выглядит как мелкий белый порошок, получил обозначение MDA (medium-density amorphous) – аморфный лёд средней плотности.

Исследователи предполагают, что в такой форме лёд может существовать внутри ледяных лун планет внешней зоны Солнечной системы. Удалённость от Солнца и приливные силы газовых гигантов вроде Юпитера и Сатурна создают на спутниках условия, весьма близкие к условиям эксперимента с применением барабанно-шаровой мельницы и жидкого гелия. Учёные также отметили, что при нагревании и рекристаллизации MDA излучает удивительное количество тепловой энергии: именно этот процесс мог бы объяснить тектоническую активность и «льдотрясения» на Ганимеде и прочих ледяных космических объектах.

По словам профессора Кристофа Зальцманна, вода – это одна из основ жизни: наше существование напрямую зависит от неё, человечество запускает космические миссии в поисках воды на других космических объектах, но в то же время наши научные познания о её структуре и аномалиях трудно назвать исчерпывающими. Современной науке известно 20 кристаллических формах льда. До недавних пор исследователи знали лишь о двух аморфных формах – низкой и высокой плотности (0,94 г/см³ и 1,13 г/см³ соответственно). Первую обнаружили в 1930-х годах, когда учёные конденсировали водяной пар на металлической поверхности, охлаждённой до 110°C ниже нуля. Вторую открыли лишь в 1980-х годах, подвергнув обычный лёд экстремальному давлению при температуре почти 200°C ниже нуля. На Земле эти формы льда формируются исключительно редко в верхних слоях атмосферы.

 MDA закрывает собой очевидный пробел между двумя степенями плотности аморфного льда. Зальцманн и его коллеги считают, что с открытием формы аморфного льда средней плотности людям придётся пересмотреть все научные представления о воде и её агрегатных состояниях. Учёные предполагают, что по аналогии с тем, как кварцевое стекло представляет собой твёрдую аморфную форму жидкого кремнезёма, именно MDA является «настоящим» льдом – полноценной копией жидкой воды в твёрдой форме, так называемой стекловидной формой воды. Исследователи уверены, что дальнейшее исследование этого удивительного материала может приблизить их к разгадке некоторых водных аномалий. К примеру, они надеются объяснить, почему вода достигает максимальной плотности при 4°C, а по мере замерзания и затвердевания, в отличие от подавляющего большинства материалов в твёрдой агрегатной форме, она становится всё менее и менее плотной. Кроме того, учёные хотели бы понять, почему по мере сжатия жидкой воды она только больше поддаётся компрессии, отклоняясь от физических принципов, актуальных для прочих веществ.